Diseo estructural de una vivienda de inters social con materiales sostenibles
Structural design of a social housing with sustainable materials
Projeto estrutural de uma habitao social com materiais sustentveis
Correspondencia: mostaiza4210@utm.edu.ec
Ciencias Tcnica y Aplicadas
Artculo de Investigacin
* Recibido: 23 de julio de 2023 *Aceptado: 12 de agosto de 2023 * Publicado: 06 de septiembre de 2023
- Universidad Tcnica de Manab, Ecuador.
- Universidad Tcnica de Manab, Ecuador.
- Universidad Tcnica de Manab, Ecuador.
Resumen
Las edificaciones civiles son una de las fuentes de mayor contaminacin ambiental, adems de que la poblacin sigue en aumento y trae consigo ms construcciones y por ende la explotacin de recursos que no son renovables. El objetivo de esta investigacin es disear una vivienda unifamiliar seleccionando materiales sostenibles que cumplan con las condiciones bsicas para ser una vivienda digna de inters social. Es una investigacin bsica, de corte cuantitativo, de diseo no experimental, en donde se aplicaron encuestas con muestro no probabilstico. Los resultados obtenidos indican, que la poblacin en general conoce sobre los materiales sostenibles, en especial la caa guadua para uso en obras, y son conocedores de que las construcciones generan gran impacto ambiental; estn abiertos a las construcciones sostenibles y piensan que estas no se han popularizado por desconocimiento, debiendo haber ms capacitaciones por parte de los profesionales a la poblacin en general. En cuanto a los profesionales de la construccin en su mayora en ejercicio de su profesin, son conscientes de que el edificar produce una gran cantidad de emisiones globales de CO2 al ambiente, a la vez de manifestar conocer los materiales sostenibles; el material que ms recomiendan usar es la caa guadua, pero en general no lo han usado aunque sepan que tiene propiedades sismorresistentes; estn abiertos al uso de materiales como el suelo cemento, el enquinche, los fardos de paja, entre otros. Arquitectnicamente, el diseo de la vivienda cuenta con dos dormitorios, sala, cocina y bao inclusivo, y estructuralmente se us el sistema constructivo de muros portantes de mampostera confinada por el mtodo detallado de anlisis ssmico. Se concluye que el diseo estructural de la vivienda cumple con las condiciones que la norma ecuatoriana dicta para que una vivienda con muros de mampostera confinada sea resistente, obteniendo un presupuesto de $14,022.62, costo que se encuentra en el rango segn el MIDUVI para viviendas de inters social.
Palabras Clave: diseo arquitectnico con materiales sostenibles; diseo estructural con materiales sostenibles; materiales sostenibles para construccin; presupuesto de construccin de vivienda con materiales sostenibles; vivienda de inters social digna.
Abstract
Civil buildings are one of the sources of greatest environmental pollution, in addition to the fact that the population continues to increase and brings with it more construction and therefore the exploitation of non-renewable resources. The objective of this research is to design a single-family home selecting sustainable materials that meet the basic conditions to be a home worthy of social interest. It is a basic research, of a quantitative nature, of a non-experimental design, where surveys with a non-probabilistic sample were applied. The results obtained indicate that the population in general knows about sustainable materials, especially bamboo cane for use in works, and they are aware that constructions generate a great environmental impact; They are open to sustainable constructions and think that these have not become popular due to ignorance, and there should be more training by professionals for the general population. As for the construction professionals, mostly in the exercise of their profession, they are aware that building produces a large amount of global CO2 emissions into the environment, at the same time as stating that they are aware of sustainable materials; The most recommended material to use is guadua cane, but in general they have not used it even though they know that it has seismic resistant properties; They are open to the use of materials such as cement soil, enquinche, straw bales, among others. Architecturally, the design of the house has two bedrooms, a living room, a kitchen and an inclusive bathroom, and structurally the construction system of load-bearing masonry walls confined by the detailed method of seismic analysis was used. It is concluded that the structural design of the house meets the conditions that the Ecuadorian norm dictates so that a house with confined masonry walls is resistant, obtaining a budget of $14,022.62, a cost that is in the range according to the MIDUVI for houses of interest. social.
Keywords: architectural design with sustainable materials; structural design with sustainable materials; sustainable building materials; housing construction budget with sustainable materials; decent social interest housing.
Resumo
Os edifcios civis so uma das fontes de maior poluio ambiental, para alm do facto de a populao continuar a aumentar e trazer consigo mais construo e, portanto, a explorao de recursos no renovveis. O objetivo desta pesquisa projetar uma casa unifamiliar selecionando materiais sustentveis que renam as condies bsicas para ser uma casa digna de interesse social. Trata-se de uma pesquisa bsica, de natureza quantitativa, de desenho no experimental, onde foram aplicados inquritos com amostra no probabilstica. Os resultados obtidos indicam que a populao em geral conhece os materiais sustentveis, principalmente a cana de bambu para utilizao em obras, e tem conscincia de que as construes geram um grande impacto ambiental; Esto abertos s construes sustentveis e acham que estas no se popularizaram por desconhecimento, devendo haver mais formao de profissionais para a populao em geral. Quanto aos profissionais da construo, maioritariamente no exerccio da sua profisso, tm conscincia de que a construo produz uma grande quantidade de emisses globais de CO2 para o ambiente, ao mesmo tempo que afirmam ter conscincia dos materiais sustentveis; O material mais recomendado a cana-de-guadua, mas em geral no a utilizam mesmo sabendo que possui propriedades de resistncia ssmica; Esto abertas utilizao de materiais como terra cimentcia, enquinche, fardos de palha, entre outros. Arquitetonicamente, o projeto da casa conta com dois quartos, uma sala, uma cozinha e um banheiro incluso, e estruturalmente foi utilizado o sistema construtivo de paredes estruturais de alvenaria confinadas pelo mtodo detalhado de anlise ssmica. Conclui-se que o projeto estrutural da casa atende s condies que dita a norma equatoriana para que uma casa com paredes de alvenaria confinadas seja resistente, obtendo um oramento de $ 14.022,62, custo que est na faixa de acordo com o MIDUVI para casas de interesse . sociais.
Palavras-chave: projeto arquitetnico com materiais sustentveis; projeto estrutural com materiais sustentveis; materiais de construo sustentveis; oramento de construo habitacional com materiais sustentveis; habitao digna de interesse social.
Introduccin
Los procesos de construccin representan a una de las principales industrias responsables de emisiones de CO2 que en promedio es de 6.5% del total en el mundo; por cada tonelada de cemento que se fabrica se emite una tonelada de CO2, sin dejar de lado que es responsable de una gran parte de recursos naturales, llegando a ms del 40% (Vanga et al., 2021). Es por este motivo que se han desarrollado mltiples alternativas en lo que respecta a materiales de construccin, buscando que sea de uso fcil, resistente y sustentables con la naturaleza.
Pese a que se quiere reducir el impacto ambiental que causa una construccin civil, las personas siguen construyendo con materiales altamente contaminantes, se debe eliminar el hbito de no darle importancia a los recursos naturales, pues la poblacin cada da va en aumento, lo que implica que la disposicin de estos recursos pueda verse afectada. Se debe propiciar un cambio de mentalidad en la poblacin, pues es de mucha importancia tener conciencia de sostenibilidad y de esa manera permitirles a las generaciones futuras el acceso a los recursos naturales, y es en este proceso que se les ha dado cada vez ms importancia a los materiales sostenibles en el mundo de la construccin. Estos materiales se producen de forma respetuosa con el medio ambiente, cumplen con las normas ambientales, lo que implica el empleo de materiales reutilizables, que no contengan materiales txicos, compostables, que sean biodegradables, y que impliquen un ahorro energtico en su produccin.
Varios pases se han puesto el objetivo de crear e implementar nuevos mtodos constructivos de carcter sostenible, pensado en la reduccin del impacto ambiental. En Europa, por ejemplo, la casa ms sostenible se encuentra en el rea metropolitana de Barcelona, su estructura es muy resistente y con una humedad inferior al 15%, su diseo ha conseguido la certificacin Passivhaus Premium. Tiene una estructura de madera que es perfecta por sus propiedades acsticas y trmicas, siendo un material sostenible y reciclable. Cuando se reutilizan y reciclan los recursos y materiales se beneficia al planeta, por lo que la eficiencia energtica es un punto clave para este ahorro; se incorpora a la vivienda un suelo en madera radiante y placas fotovoltaicas solares (Guerrero, 2021).
En Colombia, con la finalidad de buscar innovaciones en la construccin, la Universidad Javeriana junto a estudiantes de ingeniera civil crearon el proyecto Homeko, donde se cre una vivienda sostenible a partir de envases posconsumo Tetra Pak reciclados, adoptando los requisitos del reglamento colombiano de construccin sismorresistente, potenciando un modelo que se replique en la creacin de construcciones que conserven el planeta mitigando la contaminacin (Pinzn, 2022).
Segn Torres y Jaramillo (2019), en Ecuador el uso de los materiales sostenibles se aplica con tres enfoques, el primero donde la prioridad es construir con materiales disponibles de la zona, en el segundo donde se busca la recuperacin de materiales y tcnicas vernculas para aplicarlas en tcnicas constructivas mejoradas en una vivienda, y el tercer enfoque tiene visin permacultura o bioconstruccin; un ejemplo que mencionan es la construccin de la vivienda flor de cactus localizada en Tumbaco, cerca de la ciudad de Quito, que fue construida con tierra, madera, bamb, piedra, ladrillo, utilizando tcnicas como el superadobe.
Lo anteriormente planteado lleva a la realizacin de este estudio, cuya finalidad es disear una vivienda unifamiliar de inters social con la incorporacin de materiales de origen sostenible; se pretende con la posterior divulgacin del proyecto, incentivar a trabajar con estos materiales y apoyar la economa local, dando a conocer que estos materiales tienen la resistencia necesaria para soportar las inclemencias de la naturaleza; con la realizacin del diseo estructural, se pretende demostrar que son seguras a pesar de utilizar materiales sostenibles locales y que adems garantizan la seguridad que debe primar en toda obra. Se disear una vivienda unifamiliar con los materiales sostenibles del entorno y que cumplan con las condiciones de vivienda de inters social digna. Se realizarn los planos con vista de planta y de fachada, y el diseo estructural con su respectivo presupuesto.
Metodologa
El enfoque de la investigacin es cuantitativo, ya que presenta un conjunto de procesos que son secuenciales y que han partido de una idea que se va delimitando y de la cul surgen objetivos; hay preguntas de investigacin, se efecta una revisin bibliogrfica, se construyen marcos tericos y se procede al desarrollo del tema (Hernndez, Fernndez & Baptista, 2014).
Esta investigacin es bsica ya que, su objetivo principal es recopilar datos e informaciones sobre las caractersticas, propiedades, aspectos o dimensiones de las personas, agentes e instituciones (Esteban, 2018, p. 2). Con un tipo de diseo no experimental, ya que se trata de estudios en los que no haces variar en forma intencional las variables independientes para ver su efecto sobre otras variables (Hernndez & Mendoza, 2018, p. 174).
El mtodo de recoleccin de datos fue la encuesta, hecha a 40 profesionales de la construccin con 17 preguntas de seleccin mltiples de respuesta nica, y abiertas, tambin aplicadas a 53 usuarios en general con la misma cantidad de preguntas y el mismo tipo de preguntas, con adicin de respuesta mltiple. El muestreo fue no probabilstico, donde la eleccin de los sujetos a estudiar no depende de la probabilidad, sino que estn relacionadas con los objetivos de la investigacin y la seleccin depende de los investigadores (id.). Cabe resaltar que se hizo uso del mtodo bola de nieve, difundido a travs de WhatsApp. Los datos obtenidos fueron procesados en una hoja de Microsoft Excel y posteriormente organizados en tablas para facilitar su anlisis. Para el diseo arquitectnico se usar el software AutoCAD y SketchUp, y en lo que respecta al anlisis estructural, el software Etabs y SAFE.
Resultados y discusin
Con los datos recopilados se procedi a analizar los resultados y a continuacin se presentan junto a su discusin.
Sondeo de opinin de los profesionales de la construccin
Los resultados de las encuestas realizadas a los profesionales se pueden apreciar en la tabla 1.
Tabla 1: Resultados de la encuesta dirigida a profesionales de la construccin
GENERAL |
||||
Item |
Frecuencia (%) |
|||
. Aos de graduado |
||||
1 |
37,50 |
|||
Entre 2 y 5 |
27,50 |
|||
Entre 6 y 10 |
20,00 |
|||
Ms de 10 |
15,00 |
|||
. Ejercicio profesional |
||||
Si |
40,00 |
|||
No |
22,50 |
|||
Tal vez |
37,50 |
|||
CONOCIMIENTO |
||||
Item |
Si (%) |
No (%) |
Tal vez (%) |
|
. Conocimiento sobre una vivienda construida con materiales sostenibles |
72,50 |
10,00 |
17,50 |
|
. Conocimiento sobre una vivienda construida con materiales sostenibles en Portoviejo |
35,00 |
40,00 |
25,00 |
|
. Conocimiento acerca de que la industria de la construccin produce el 40% de emisiones globales de CO2 |
77,50 |
22,50 |
10,00 |
|
MEDIOAMBIENTE |
||||
. Si se considera importante la utilizacin de materiales sostenibles en la construccin para mitigar los daos al medio ambiente |
85,00 |
0,00 |
15,00 |
|
MATERIALES SOSTENIBLES |
||||
. Materiales sostenibles que recomendara usar en la construccin de una vivienda de inters social (pregunta abierta) |
||||
Caa |
18,92 |
|||
Madera |
17,57 |
|||
Materiales reciclados / Suelo cemento |
13,51 |
|||
Tierra / Bahareque |
8,11 |
|||
Enquinche / Acero en perfiles / Celulosa / Bloques de desechos plsticos / Escombros |
2,70 |
|||
Cal / Materiales de baja absorcin / Fibrocemento / Bloques con residuos orgnicos / Espumaflex |
1,35 |
|||
. Si considera viable la construccin de viviendas con materiales sostenibles |
82,50 |
0,00 |
17,50 |
|
. De tener que construir su propia casa, si considerara el utilizar materiales sostenibles? |
65,50 |
2,50 |
35,00 |
|
. Si ha utilizado materiales sostenibles para la construccin |
40,00 |
57,50 |
2,50 |
|
BONDADES DE LOS MATERIALES SOSTENIBLES |
||||
. Si considera que construir con materiales sostenibles es ms econmico |
27,50 |
15,00 |
57,50 |
|
. Si utilizara bloques de suelo cemento en la construccin de una vivienda de inters social |
65,00 |
5,00 |
30,00 |
|
. Si considera que una vivienda con materiales sostenibles cumple con los requisitos para ser una casa sismorresistente |
72,50 |
5,00 |
22,50 |
|
. Si cree que una alternativa para la construccin sostenible sera utilizar el enquinche |
52,50 |
15,00 |
32,50 |
|
. Si considera que la utilizacin de fardos de paja como material sostenible se puede implementar en la ciudad de Portoviejo |
40,00 |
35,00 |
25,00 |
|
ASPECTO SOCIAL |
||||
. Si considera que la construccin con materiales sostenibles es para el sector de clase baja |
10,00 |
85,00 |
5,00 |
|
. Si como profesional recomendara construir con materiales sostenibles |
77,50 |
0,00 |
22,50 |
|
Como puede apreciarse, en su mayora tienen experiencia laboral y estn en el ejercicio de su profesin. Manifiestan el conocer de viviendas construidas a partir de materiales sostenibles, pero no las identifican en la ciudad de Portoviejo, adems de ser conscientes de que la industria de la construccin genera un alto porcentaje de emisiones globales de CO2. Segn Pineda y Ramrez (2021), las construcciones residenciales y comerciales representan el 39% de las emisiones de dixido de carbono a la atmsfera, generando un 30% de residuos slidos y 20% de contaminacin del agua, por lo cual, la industria de la construccin juega un papel importante para poder mitigar la contaminacin ambiental.
Le dan especial importancia a la utilizacin de materiales sostenibles en la construccin. Entre ellos, los que ms recomiendan son la caa, adicionalmente la madera, los reciclados y el suelo cemento, en ese orden de importancia, entre otros. El uso de la caa en la construccin ha venido creciendo en los ltimos aos, debido a que esta posee propiedades mecnicas que permiten el levantamiento de elementos estructurales en sustitucin de materiales como el concreto y el acero (Chvez, Vanga & Garca, 2022). Por otro lado, la madera, es utilizada tambin como material en construcciones vernculas, pudiendo ser usadas como elemento para la cimentacin, las estructuras, la envolvente, cubierta y acabados (Caldern, Venegas & Flores, 2023). El uso de materiales reciclados en las construcciones civiles no solo es una decisin inteligente desde el punto de vista medioambiental, sino tambin es una oportunidad de crear estructuras sostenibles y resistentes. En vez de desechar materiales, se puede reutilizarlos y transformarlos en recursos valiosos para la construccin de nuevas edificaciones. El suelo cemento, por ejemplo, tambin es uno de los elementos constructivos no convencionales que pueden utilizarse, al estar compuesto por una mezcla de suelo natural, cemento y agua, que se compacta y resiste hasta formar una base slida y resistente, ofreciendo economa y durabilidad. Al respecto, Postua y Ballejo (2022) indican que la tierra, con sus caractersticas resistentes y aislantes, puede ser estabilizada adicionando agua y cemento, produciendo reacciones qumicas y fsicas, lo que derivan en altas densidades y un efectivo endurecimiento.
Los profesionales consideran que construir con materiales sostenibles resulta viable, tanto as que los usaran para edificar sus viviendas, aunque la mayora nunca los ha utilizado para la construccin. Estos materiales por tener un origen natural, tiene un alto potencial de ser reciclados y as su impacto en el medio ambiente no es tan fuerte como lo es con los materiales tradicionales (Crcel et al., 2022). En cuanto a costos, solo un 27.5% considera que es ms econmico. Estudios han indicado que, en un inicio, los costos de las construcciones sostenibles son ms elevados en relacin a los costos de las tradicionales y por ello se invierte ms, pero este anlisis debe ser hecho a largo plazo, ya que las construcciones sostenibles retornan a lo largo del tiempo la inversin total (Chamorro et al., 2019).
En cuanto a las propuestas de materiales sostenibles, consideran el uso de suelo cemento, el enquinche y los fardos de paja, en ese orden de importancia. El uso del suelo cemento trae mltiples ventajas adems de las mencionadas anteriormente como las caractersticas de su capacidad trmica de aislamiento como de inercia trmica, el intercambio higromtrico con el ambiente, la posibilidad de reciclarse, y la poca energa de produccin que necesita (Constantini et al., 2016, p. 05.38). Mientras que el enquinche es un sistema que se basa en paneles prefabricados tejidos de ratn Guadua, revestidos o revocados con barro o materiales similares (Zambrano & Ruiz, 2021, p. 132). Los fardos de paja por otro lado, utilizados en construccin, son muy tiles ya que no necesitan elementos estructurales al transmitir el peso que tiene la cubierta a la cimentacin, solo que a mayor altura de la vivienda se deber aumentar la dimensin de los fardos (Garca, 2022).
Respecto a la sismorresistencia, los profesionales consideran que los materiales sostenibles pueden cumplir con los requisitos. Prez y Barta indican que hay gran cantidad de estudios realizados a construcciones sostenibles realizadas por ejemplo con el tapial y quincha, que demuestran que son beneficiosas ante fuerzas ssmicas pero que la eleccin de materiales, la ejecucin y el uso de tcnicas constructivas apropiadas inciden tambin en estas propiedades (2020).
Los profesionales descartan que hablar de materiales sostenibles es sinnimo de extractos sociales bajos, al contrario, la gran parte considera recomendable el uso de estos en la construccin. Esto se apoya con lo enunciado en el objetivo 12 de desarrollo sostenible sobre produccin y consumo responsable, donde se indica que El consumo y la produccin sostenibles tambin pueden contribuir de manera sustancial a la mitigacin de la pobreza y a la transicin hacia economas verdes y con bajas emisiones de carbono (Naciones Unidas, 2023).
Sondeo de opinin de usuarios en general
En cuanto a la informacin recolectada de usuarios en general, en la tabla 2 se muestran los resultados.
Tabla 2: Resultados de la encuesta dirigida a usuarios en general
GENERAL |
|||
Item |
Frecuencia (%) |
||
. Edad |
|||
< 18 aos |
0,00 |
||
Entre 19 y 24 aos |
67,30 |
||
Entre 25 y 34 aos |
23,10 |
||
Entre 35 y 44 aos |
3,80 |
||
Entre 45 y 54 aos |
5,80 |
||
> 54 aos |
0,00 |
||
. Gnero |
|||
Masculino |
32,70 |
||
Femenino |
67,30 |
||
No indica gnero |
0,00 |
||
. Si posee vivienda propia |
|||
Si |
32,70 |
||
No |
67,30 |
||
CONOCIMIENTO SOBRE MATERIALES SOSTENIBLES |
|||
Item |
Si (%) |
No (%) |
Tal vez (%) |
. Conocimiento de materiales sostenibles utilizados en obra |
61,50 |
21,20 |
17,30 |
. Conocimiento de materiales sostenibles utilizados en obra en la ciudad de Portoviejo |
28,80 |
55,80 |
15,40 |
. Conocimiento de vivienda construida con materiales sostenibles |
48,10 |
38,50 |
13,50 |
. Conocimiento de vivienda construida con materiales sostenible en Portoviejo |
26,90 |
59,60 |
13,50 |
MEDIOAMBIENTE |
|||
. Si sabe que las construcciones generan impacto ambiental |
90,40 |
1,90 |
7,70 |
. Si sabe que el cemento es uno de los principales responsables de emitir dixido de carbono a la atmosfera |
50,00 |
38,50 |
11,50 |
MATERIALES SOSTENIBLES |
|||
. Materiales sostenibles que considera pueden ser utilizados en la construccin de una vivienda (pregunta abierta) |
|||
Caa guadua |
82,70% |
||
Fardos de paja |
40,40% |
||
Enquinche |
26,90% |
||
Suelo-cemento |
25,00% |
||
Bahareque |
17,30% |
||
Madera |
1,90% |
||
. Si considerara en el futuro usar materiales sostenibles |
63,50 |
1,90 |
34,60 |
. Si recomendara para las construcciones de viviendas, la utilizacin de materiales sostenibles |
71,20 |
1,90 |
26,90 |
BONDADES DE LOS MATERIALES SOSTENIBLES |
|||
. Si considera que las viviendas construidas con materiales sostenibles y con materiales convencionales pueden tener ambas la misma resistencia y duracin |
44,20 |
40,40 |
15,40 |
. Si considera que construir con materiales sostenibles podra ser ms econmico |
42,30 |
15,40 |
42,30 |
ASPECTO SOCIAL |
|||
. Si accedera a vivir en una vivienda construida con materiales sostenibles |
76,90 |
0,00 |
23,10 |
. Motivo por lo cual no se ha popularizado la construccin de viviendas con materiales sostenible (pregunta abierta) |
|||
Desconocimiento |
86,50% |
||
No son estticas / Malas experiencias |
17,30% |
||
No son sismorresistente |
11,50% |
||
Son para clase pobre |
5,80% |
||
Otros |
1,90% |
||
. Mecanismos para incentivar a construir con materiales sostenibles |
|||
Capacitaciones impartidas por profesionales |
50,00% |
||
Redes sociales |
44,20% |
||
Volantes / Todas las anteriores / Otro: Ejemplos de urbanizaciones construidas con materiales sostenibles |
1,90% |
Como se observa, la gran parte de los encuestados son mujeres jvenes entre 19 y 24 aos, e indican no poseer de una vivienda propia. Manifiestan que conocen de materiales sostenibles utilizados en obra, pero no de una vivienda en la ciudad de Portoviejo construida a base de estos materiales. Se hace evidente que son necesarias ms construcciones con estos materiales en esta ciudad, en especial por su clima clido y humedad. Torres y Jaramillo indican que, en los ltimos aos en Ecuador, se ha disminuido en forma paulatina el uso de materiales ancestrales para la construccin, y esto se debe a que se estn utilizando materiales modernos como el acero y el hormign armado (2019).
Conociendo que las construcciones civiles generan impacto ambiental, sitan al cemento Portland como uno de los principales responsables de emitir dixido de carbono a la atmosfera. Segn Peters (2023), se emite una tonelada de CO2 por cada tonelada de cemento estndar producido, y es el cemento el que representa del 5% al 7% de las emisiones globales de carbono. Con estas emisiones, se hace necesaria la bsqueda y promocin de materiales sostenibles que mitiguen estos daos al ambiente.
Conocen de los materiales sostenibles y consideran que el ms utilizado en la construccin de una vivienda de inters social es la caa guadua, seguido por los fardos de paja, enquinche, suelo cemento, bahareque y madera, en ese orden de uso. En su mayora, ven viable la construccin con materiales sostenibles y estn dispuestos a utilizarlos y recomendarlos para futuros proyectos personales. En una investigacin realizada por Garca y Montoya (2019), observaron que una vivienda sostenible tiene mayor factibilidad tcnica que una vivienda convencional y una vivienda prefabricada, porque esta brinda un diseo que se adapta a las necesidades de sus habitantes, involucra menos maquinarias pesadas y en general su proceso de construccin es ms sencillo.
Debido al desconocimiento y malas experiencias, existen dudas sobre el hecho de que las viviendas construidas con materiales sostenibles y con materiales convencionales tengan la misma resistencia, duracin y precios. Sin embargo, se genera una controversia al aceptar en su mayora acceder a vivir en una vivienda construida con materiales sostenibles. Esto podra atribuirse a la no popularizacin y desinformacin de construcciones con estos materiales, por lo que se sugiere llevar a cabo capacitaciones impartidas por profesionales y aprovechar las redes sociales para promover y educar sobre estos materiales. Como menciona Serrano y Legarda (2017):
Es necesario que la sociedad tome conciencia respecto al tema, ya que son los principales actores que deben contribuir a una construccin sostenible que disminuya la contaminacin, el consumo de energa y el mal uso del agua, se requiere utilizar diferentes metodologas para implementar campaas que instruyan a funcionarios pblicos y a travs de ellos a las obras de construccin dndole incentivos por implementar la construccin sostenible, contribuyendo al desarrollo sostenible del planeta. (p. 14)
Materiales propuestos para la construccin
Referente a los materiales propuestos para la vivienda se tiene el bamb para la cubierta, paneles de aglomerado reciclados para el techo, revestimiento de paredes a base de polmeros (PET), aadindole el 10% de plstico molido en reemplazo del rido fino. Mortero con adicin de vidrio triturado para pega de bloques, reemplazando al rido fino en un 20%. Contrapiso con vidrio reciclado, sustituyendo el 50% del rido grueso por vidrio. Ventanas de madera y vidrio.
Bloque hecho de residuos de construccin y demolicin (RCD) provenientes de mamposteras de ladrillos. Fue diseado por Luis Mendoza Lpez de la Universidad Catlica de Cuenca y cumple con los requisitos fsicos y mecnicos establecidos por la Norma Tcnica Ecuatoriana. Segn Mendoza (2022), el uso de RCD como agregados es una opcin factible para reducir el impacto ambiental. Esto se debe a que los RCD a menudo se eliminan de forma inapropiada, lo que aumenta el volumen de residuos en reas naturales.
Las dimensiones del bloque son 15x40x20 cm, con perforaciones verticales y con una dosificacin de 13.58 kg de cemento, 10.74 lts de agua, 48.46 kg de rido fino y 35.72 kg de RCD. Mendoza (2022), detalla el proceso de la elaboracin manual de los bloques como sigue:
. Se preparan los materiales con las dosificaciones requeridas y se realiza el ensayo de asentamiento mediante el cono de Abrams.
. Colocacin del material a los moldes para ser llevado a la mquina de vibro-compactacin durante un periodo de tiempo de 3 y 5 segundos para compactarlo y finalmente se desmolda.
. Se desmolda el bloque y se seca al aire libre durante dos das.
. Se sumerge el bloque en agua durante 28 das para curarlo.
. Completado los das se procede a la etapa de pruebas.
El bloque obtuvo los siguientes resultados en sus ensayos: 13.73% de porcentaje de absorcin, 5.28% de humedad, 1930 Kg/m3 de densidad y con una resistencia a la compresin de 4.25 MPa valor utilizado para el diseo estructural de la vivienda. La Norma Ecuatoriana de la Construccin (NEC-SE-VIVIENDA, 2014), establece que para el sistema constructivo de muros de mampostera confinada los bloques a utilizar deben tener una resistencia mnima de 3 MPa.
Diseo arquitectnico de la vivienda
Respecto al diseo arquitectnico, en la figura 1 se muestra la planta arquitectnica de la vivienda, la cual tiene un rea total de 49 m2 y cuenta con dos dormitorios, cocina, sala, comedor y un bao inclusivo. En las figuras 2 y 3 se muestran la fachada frontal y 3D de la vivienda.
Figura 1: Planta arquitectnica.
Figura 2: Fachada frontal.
Figura 3: Vista en 3D.
Diseo estructural
El diseo estructural de la vivienda se realiz utilizando el software Etabs (ver figura 4 y tablas 3 y 4). Se consideraron dos pisos en el clculo, ya que es posible que en el futuro los propietarios deseen construir un piso adicional. Se aplic el sistema estructural de Muros Portantes de Mampostera confinada. La NEC-SE-VIVIENDA (2014), en el captulo 6 define este sistema como mampostera construida rgidamente rodeada en sus cuatro lados por pilares y vigas de hormign armado o de fbrica armada no proyectados para que trabajen como prticos resistentes a flexin (p. 13). A continuacin, se muestra en la figura 4 el modelado en Etabs.
Figura 4: Modelado en Etabs.
Tabla 3: Datos utilizado para el diseo de la vivienda en Etabs
DATOS PRELIMINARES DE DISEO |
|
Resistencia del hormign |
210 kg/cm2 |
Resistencia del bloque |
43,40 kg/cm2 |
Lmite de fluencia del acero |
4200 kg/cm2 |
Espesor del bloque |
13 cm |
Espesor efectivo del bloque |
7,5 cm |
Tabla 4: Valores de factores de reduccin de resistencia
Carga axial de compresin |
0,70 |
Carga axial de traccin |
0,90 |
Flexin sin cara axial |
0,90 |
Cortante |
0,60 |
Fuente: NEC-SE-VIVIENDA (2014).
Clculo del coeficiente del cortante basal
Para plantear el diseo de la vivienda, se debe ubicar geogrficamente en la provincia de Manab, cantn Portoviejo. El tipo de suelo es D, segn datos referenciales de la Norma Ecuatoriana de la Construccin (NEC-SE-DS, 2015a), ya que el cantn posee mala capacidad portante en sus suelos, son poco densos y de baja resistencia. Se consider una altura total de entre piso de 5.8 m, proyectando que en un futuro la vivienda cuente con un piso ms.
Para el clculo del coeficiente del cortante basal se tomaron valores y expresiones de la Norma Ecuatoriana de la Construccin (NEC-SE-DS, 2015a), los cuales se muestran en la tabla 5.
Tabla 5: Determinacin del Cortante Basal
ACELERACIN DE LA GRAVEDAD |
||
Valor de factor de zona Z, en funcin de la zonificacin ssmica |
Z |
0,5 |
Relacin de amplificacin espectral, para provincias de la Costa (Excepto Esmeraldas) |
n |
1,8 |
Coeficiente de amplificacin de suelo en la zona de perodo corto |
Fa |
1,12 |
Amplificacin de las ordenadas del espectro elstico de respuesta de desplazamientos para diseo en roca |
Fd |
1,11 |
Comportamiento no lineal de los suelos |
Fs |
1,4 |
Coeficiente para prticos especiales de hormign armado (Mampostera Estructural) |
Ct |
0,055 |
α |
0,75 |
|
Periodo de vibracin de la estructura |
T |
0,206 |
Perodo lmite de vibracin en el espectro ssmico elstico de aceleraciones que representa el sismo de diseo |
T0 |
0,139 |
Tc |
0,763 |
|
Espectro de respuesta elstico de aceleraciones |
Sa |
1,008 |
COEFICIENTE DEL CORTANTE BASAL |
||
Coeficiente de importancia |
I |
1 |
Factor de reduccin de resistencia ssmica para mampostera confinada |
R |
3 |
Irregularidad en planta |
|
1 |
Irregularidad en elevacin |
|
1 |
Coeficiente cortante basal |
C |
0,336 |
Derivas de pisos
La Norma Ecuatoriana de la Construccin (NEC-SE-DS, 2015b), indica que la mxima deriva de piso para mampostera confinada no debe exceder del 1%. Con la tabla 6 obtenida de los valores de las derivas elsticas de los pisos, se calcul la deriva inelstica, obteniendo como resultado que las derivas de piso estn dentro del lmite mencionado por la norma.
Tabla 6: Control de derivas de piso
Story |
Output Case |
Case Type |
Step Number |
Direction |
X |
Y |
Z |
Derivas elsticas ΔE |
Derivas inelsticas ΔM |
m |
m |
m |
|||||||
Story2 |
Modal |
LinModRitz |
1 |
X |
6,1 |
7,7 |
5,8 |
0,000572 |
0,13% |
Story2 |
Modal |
LinModRitz |
2 |
Y |
6,1 |
7,7 |
5,8 |
0,000398 |
0,09% |
Story2 |
Modal |
LinModRitz |
3 |
X |
6,1 |
7,7 |
5,8 |
0,000883 |
0,20% |
Story2 |
Modal |
LinModRitz |
3 |
Y |
0 |
-0,5 |
5,8 |
0,000366 |
0,08% |
Story2 |
SX (Lineal) |
LinStatic |
1 |
Y |
6,1 |
7,7 |
5,8 |
0,000065 |
0,01% |
Story2 |
SX (Lineal) |
LinStatic |
2 |
Y |
6,1 |
7,7 |
5,8 |
0,000072 |
0,02% |
Story2 |
SX (Lineal) |
LinStatic |
3 |
Y |
0 |
-0,5 |
5,8 |
0,000067 |
0,02% |
Story2 |
SY (Lineal) |
LinStatic |
1 |
Y |
6,1 |
7,7 |
5,8 |
0,000065 |
0,01% |
Story2 |
SY (Lineal) |
LinStatic |
2 |
Y |
6,1 |
7,7 |
5,8 |
0,000072 |
0,02% |
Story2 |
SY (Lineal) |
LinStatic |
3 |
Y |
0 |
-0,5 |
5,8 |
0,000067 |
0,02% |
Story2 |
ENVOLVENTE |
Combination |
X |
6,1 |
7,7 |
5,8 |
0,000133 |
0,03% |
|
Story2 |
ENVOLVENTE |
Combination |
Y |
6,1 |
7,7 |
5,8 |
0,000081 |
0,02% |
|
Story2 |
ENVOLVENTE |
Combination |
X |
6,1 |
7,7 |
5,8 |
0,000139 |
0,03% |
|
Story2 |
ENVOLVENTE |
Combination |
Y |
0 |
-0,5 |
5,8 |
0,000073 |
0,02% |
|
Story1 |
Modal |
LinModRitz |
1 |
X |
1,675 |
7 |
2,9 |
0,000363 |
0,08% |
Story1 |
Modal |
LinModRitz |
2 |
X |
4,475 |
0 |
2,9 |
0,000087 |
0,02% |
Story1 |
Modal |
LinModRitz |
2 |
Y |
6,1 |
5,525 |
2,9 |
0,000399 |
0,09% |
Story1 |
Modal |
LinModRitz |
3 |
X |
4,475 |
0 |
2,9 |
0,00054 |
0,12% |
Story1 |
Modal |
LinModRitz |
3 |
Y |
0 |
7 |
2,9 |
0,000266 |
0,06% |
Story1 |
SX (Lineal) |
LinStatic |
1 |
Y |
6,1 |
5,525 |
2,9 |
0,000055 |
0,01% |
Story1 |
SX (Lineal) |
LinStatic |
2 |
Y |
6,1 |
5,525 |
2,9 |
0,000061 |
0,01% |
Story1 |
SX (Lineal) |
LinStatic |
3 |
Y |
0 |
7 |
2,9 |
0,000053 |
0,01% |
Story1 |
SY (Lineal) |
LinStatic |
1 |
Y |
6,1 |
5,525 |
2,9 |
0,000055 |
0,01% |
Story1 |
SY (Lineal) |
LinStatic |
2 |
Y |
6,1 |
5,525 |
2,9 |
0,000061 |
0,01% |
Story1 |
SY (Lineal) |
LinStatic |
3 |
Y |
0 |
7 |
2,9 |
0,000053 |
0,01% |
Story1 |
ENVOLVENTE |
Combination |
X |
1,675 |
7 |
2,9 |
0,000083 |
0,02% |
|
Story1 |
ENVOLVENTE |
Combination |
Y |
6,1 |
5,525 |
2,9 |
0,000066 |
0,01% |
|
Story1 |
ENVOLVENTE |
Combination |
X |
1,675 |
7 |
2,9 |
0,000086 |
0,02% |
|
Story1 |
ENVOLVENTE |
Combination |
Y |
6,1 |
5,525 |
2,9 |
0,000058 |
0,01% |
Fuente: Software Etabs.
Las viviendas de mampostera de muros confinados que no cumplan con los requisitos del mtodo simplificado de la NEC-SE-VIVIENDA (2014), en la seccin 7.5.3., debern someterse al anlisis y diseo por medio del mtodo de anlisis racional. La vivienda que se dise no cumple con el mtodo simplificado debido a que no soporta el 75% de las cargas gravitatorias, por lo que se procedi a realizar el diseo detallado.
Diseo detallado de anlisis ssmico de mampostera confinada
La resistencia lateral de cada muro de la estructura se verific utilizando los factores y ecuaciones de la seccin 7.5.4 de la NEC-SE-VIVIENDA (2014). En la tabla 7 se muestran los valores del esfuerzo por carga axial mnima probable de entrepiso (fa), donde se dividi la carga total por las reas de los muros. La carga total se compone del peso del muro, el peso de las vigas y el peso de las dos losas, considerando sus reas cooperantes. La carga muerta para la losa 1 es 0.471 Ton/m2 y para la losa 2 es 0.022 Ton/m2. Con estos resultados, se procedi a encontrar la resistencia lateral global de la estructura que se muestran en la tabla 8 y 9.
Tabla 7: Esfuerzo por carga axial de entrepiso
SENTIDO X |
SENTIDO Y |
|
|||||||||
EJE |
MURO |
Pu (Ton) |
At.m (m2) |
Esf. (kg/cm2) |
EJE |
MURO |
Pu (Ton) |
At.m (m2) |
Esf. (kg/cm2) |
|
|
1 |
1 |
2,94 |
0,19 |
1,59 |
A |
6 |
4,09 |
0,31 |
1,34 |
||
2 |
2 |
4,53 |
0,22 |
2,02 |
7 |
3,59 |
0,27 |
1,32 |
|||
3 |
3 |
4,58 |
0,22 |
2,04 |
B |
8 |
4,77 |
0,31 |
1,56 |
||
4 |
4,01 |
0,20 |
1,99 |
9 |
4,13 |
0,27 |
1,51 |
||||
4 |
5 |
3,06 |
0,18 |
1,74 |
C |
10 |
1,96 |
0,12 |
1,67 |
||
fa |
9,38 |
11 |
3,59 |
0,27 |
1,32 |
||||||
fa |
8,72 |
Tabla 8: Verificacin de resistencia en eje X
EJE |
e (m) |
L (m) |
h (m) |
h/L |
FAE |
A (m2) |
VRX (Ton) |
VMR (m2) |
|
Cond. |
1 |
0,13 |
1,45 |
2,7 |
1,86 |
6,13 |
0,189 |
56,191 |
93,46 |
118 |
OK |
2 |
0,13 |
1,85 |
2,7 |
1,46 |
3,77 |
0,241 |
||||
3 |
0,13 |
3,40 |
2,7 |
0,79 |
1 |
0,442 |
||||
4 |
0,13 |
1,35 |
2,7 |
2 |
7,08 |
0,176 |
Tabla 9: Verificacin de resistencia en eje Y
EJE |
e (m) |
L (m) |
h (m) |
h/L |
FAE |
A (m2) |
VRY (Ton) |
VMR (m2) |
|
Cond. |
A |
0,13 |
4,45 |
2,7 |
0,61 |
1 |
0,579 |
23,205 |
36,45 |
48,73 |
OK |
B |
0,13 |
4,45 |
2,7 |
0,61 |
1 |
0,579 |
||||
C |
0,13 |
3,00 |
2,7 |
0,9 |
1 |
0,39 |
Diseo para carga axial de compresin y traccin
La resistencia nominal a la compresin axial de la columna ms crtica del sistema estructural fue verificada en el software Etabs. La columna de 20x20 cm se encuentra en el eje C2 y en la columneta entre los ejes A2 y B2. Los resultados del clculo se muestran en la tabla 10, y se utiliz la ecuacin de la seccin 7.6.4 de la NEC-SE-VIVIENDA (2014), proponiendo para el anlisis a compresin un nmero de cuatro varillas con un dimetro de refuerzo longitudinal de 12 mm para las columnas de 20x20 cm y de 10 mm para las de 15x15 cm.
Tabla 10: Resultados del clculo para el anlisis a compresin y traccin
ANLISIS A COMPRESIN |
||||
Ubicacin |
Seccin (cm) |
Puc |
∅Pnc |
Puc < ∅Pnc |
C2 |
20 x 20 |
4,0701 |
50,172 |
OK |
Entre A2 y B2 |
15 x 15 |
2,8058 |
29,566 |
OK |
ANLISIS A TRACCIN |
||||
Ubicacin |
Seccin (cm) |
Put |
∅Pnt |
Put < ∅Pnt |
A2 |
20 x 20 |
2,1586 |
17,100 |
OK |
Entre A3 y B3 |
15 x 15 |
1,9065 |
11,875 |
OK |
Diseo a cortante de muros en la direccin paralela a su plano
El diseo a cortante del muro en la direccin paralela a su plano se calcul con las ecuaciones de la seccin 7.6.6. de la Norma Ecuatoriana de la Construccin (NEC-SE-VIVIENDA, 2014), y los datos y resultados se muestran en las tablas 11 y 12.
Tabla 11: Datos para la verificacin de resistencia a corte de los muros
EJE |
MUROS |
be (m) |
L (m) |
Aem (m2) |
Aec (m2) |
Ae (m2) |
lw (m) |
Avm (m2) |
Pu (Ton) |
1 |
1 |
0,075 |
1,425 |
0,107 |
0,0625 |
0,169 |
1,600 |
0,120 |
4,08 |
2 |
2 |
0,075 |
1,725 |
0,129 |
0,0625 |
0,192 |
1,900 |
0,143 |
5,04 |
3 |
3 |
0,075 |
1,725 |
0,129 |
0,0625 |
0,192 |
1,900 |
0,143 |
5,72 |
4 |
0,075 |
1,550 |
0,116 |
0,0625 |
0,179 |
1,725 |
0,129 |
5,25 |
|
4 |
5 |
0,075 |
1,350 |
0,101 |
0,0625 |
0,164 |
1,525 |
0,114 |
5,73 |
A |
6 |
0,075 |
2,350 |
0,176 |
0,0800 |
0,256 |
2,550 |
0,191 |
5,92 |
7 |
0,075 |
2,100 |
0,158 |
0,0800 |
0,238 |
2,300 |
0,173 |
5,90 |
|
B |
8 |
0,075 |
2,350 |
0,176 |
0,0800 |
0,256 |
2,550 |
0,191 |
6,55 |
9 |
0,075 |
2,100 |
0,158 |
0,0625 |
0,220 |
2,275 |
0,171 |
7,51 |
|
C |
10 |
0,075 |
0,900 |
0,068 |
0,0625 |
0,130 |
1,075 |
0,081 |
4,50 |
11 |
0,075 |
2,100 |
0,158 |
0,0800 |
0,238 |
2,300 |
0,173 |
6,40 |
Tabla 12: Resultados del diseo a cortante de los muros
EJE |
MUROS |
|
|
Vu (Ton) |
ϕVn (Ton) |
Vu ≤ ϕVn |
1 |
1 |
4,204 |
OK |
0,016 |
1,840 |
OK |
2 |
2 |
4,993 |
OK |
0,013 |
2,244 |
OK |
3 |
3 |
4,993 |
OK |
0,014 |
2,347 |
OK |
4 |
4,533 |
OK |
0,012 |
2,120 |
OK |
|
4 |
5 |
4,007 |
OK |
0,015 |
2,003 |
OK |
A |
6 |
6,701 |
OK |
0,020 |
2,894 |
OK |
7 |
6,044 |
OK |
0,020 |
2,670 |
OK |
|
B |
8 |
6,701 |
OK |
0,021 |
2,988 |
OK |
9 |
5,978 |
OK |
0,018 |
2,959 |
OK |
|
C |
10 |
2,825 |
OK |
0,012 |
1,406 |
OK |
11 |
6,044 |
OK |
0,024 |
2,743 |
OK |
Verificacin del aplastamiento del alma del muro
Para verificar la resistencia al aplastamiento, se tom el muro con mayor carga. La fuerza cortante y momento flector del muro se tomaron del software Etabs. La resistencia a la compresin del muro se calcul considerando una biela de compresin en la diagonal del muro. La fuerza axial que acta sobre la biela diagonal del muro debe ser menor o igual a la resistencia nominal a compresin. Estas ecuaciones se tomaron de la seccin 7.6.7 de la Norma Ecuatoriana de la Construccin (NEC-SE-VIVIENDA, 2014).
Para el control de fisuracin en el muro se hizo uso de la Norma Peruana E-0.70 Albailera en la seccin 26.2 (Ministerio de Vivienda, Construccin y Saneamiento, 2006). La resistencia caracterstica de la albailera (v'm) se tom de la tabla 9, seccin 13.9. y se cre una combinacin de carga axial de gravedad (Pg) como lo indica esta misma norma tomando el 100% de la carga muerta ms el 25% de la carga viva (todos estos datos se muestran en la tabla 13). Mientras que en la tabla 14, se evidencia el clculo de la resistencia nominal a compresin de la mampostera sola, que como resultado se verifica que cumple con la condicin.
Tabla 13: Datos para la verificacin del aplastamiento del alma del muro
h (m) |
lm (m) |
L (m) |
h' (m) |
be (m) |
Ae (m2) |
v'm (Ton/m2) |
Pg (Ton) |
Ve (Ton) |
Me (Ton*m) |
α |
2,70 |
1,73 |
2,08 |
3,21 |
0,075 |
0,130 |
86 |
2,64 |
3,55 |
7,63 |
0,968 |
Tabla 14: Verificacin del aplastamiento del alma del muro
Vm (Ton) |
ve ≤ 0.55Vm |
2 ≤ Vm/Ve ≤ 3 |
Vu (Ton) |
Pud (Ton) |
Re |
∅Pnd (Ton) |
Pud < ∅Pnd |
9,66 |
OK |
OK |
9,966 |
15,365 |
0,765 |
20,489 |
OK |
Verificacin a cortante en los elementos de confinamiento del muro
La tabla 15 muestra la verificacin a corte que se realiz mediante las ecuaciones de la seccin 7.6.8. de La Norma Ecuatoriana de la Construccin (NEC-SE-VIVIENDA, 2014). Para la fuerza cortante resistente nominal (Vnc), se calcul la resistencia a corte proporcionada por el hormign (Vc), y la resistencia a corte proporcionada por el acero tomando el factor proporcionado por la norma para cortante y torsin. La fuerza cortante mayorada solicitada de diseo (Vu) es tomada del diseo en Etabs del muro con mayor esfuerzo.
Tabla 15: Verificacin a cortante en los elementos de confinamiento del muro
PARA COLUMNA DE CONFINAMIENTO |
|||||||||||
Seccin (cm) |
b (m) |
d (m) |
Vc (Ton) |
lc (m) |
lw (m) |
Vu (Ton) |
Vs (Ton) |
Vnc (Ton) |
∅Vnc (Ton) |
Vuc (Ton) |
Vuc < ∅Vnc |
20 x 20 |
0,20 |
0,175 |
0,862 |
1,9 |
2,08 |
9,966 |
12,43 |
1,29 |
7,973 |
4,552 |
OK |
15 x 15 |
0,15 |
0,175 |
0,462 |
1,9 |
2,08 |
9,966 |
12,83 |
13,29 |
7,973 |
4,552 |
OK |
PARA VIGA DE CONFINAMIENTO |
|||||||||||
Seccin (cm) |
b (m) |
d (m) |
Vc (Ton) |
hp (m) |
lw (m) |
Vu (Ton) |
Vs (Ton) |
Vnc (Ton) |
∅Vnv (Ton) |
Vuv (Ton) |
Vuv < ∅Vnv |
20 x 20 |
0,20 |
0,175 |
0,862 |
2,9 |
2,08 |
9,966 |
12,43 |
13,29 |
9,966 |
6,948 |
OK |
Cimentacin
La cimentacin de la vivienda fue diseada como una zapata corrida de 20x70 cm y con una viga de cimentacin de 20x40 cm, con una capacidad portante del hormign de f'c=210kg/cm2 y con acero de refuerzo de F'y=4200kg/cm2. Tendr suelo mejorado con una capa de 20 cm de espesor de subbase, una capa de 10 cm de espesor de base estabilizada y un relleno de hormign ciclpeo de 60% hormign con una resistencia de 180 kg/cm2 y 40% de piedra bola. El esfuerzo admisible del suelo se consider de 12.50 Ton/m2, valor que fue tomado como referencia del estudio de la vivienda tipo T8 del MIDUVI, ya que la edificacin tiene el mismo fin y es un valor representativo. El coeficiente de balasto es de 2.65 kg/cm3, este valor se obtuvo de la tabla de coeficientes de balasto realizada por Morrison, la cual se basa en estudios de varios ingenieros incluido el profesor Terzaghi, donde determinaron el coeficiente de balasto en funcin del esfuerzo admisible del suelo (Morrison, 1993, en Turcios, 2020).
Se utiliz el programa SAFE para verificar los esfuerzos transmitidos al suelo. Para ello, se emplearon casos no lineales en el software, que permiten crear elementos que solo funcionan bajo cargas a compresin. Para el chequeo, se exportaron las cargas de la envolvente desde el software ETABS. En este programa, las cargas se exportan como reacciones, pero para el anlisis en SAFE necesitaban estar representadas como cargas. Como se puede observar en la figura 5, las acciones que produce la estructura generan que el suelo solo trabaje a un 40% de su capacidad portante.
Figura 5: Verificacin de esfuerzos transmitidos al suelo.
Fuente: Software SAFE.
En la tabla 16 que se muestra a continuacin, se recopil informacin de valores obtenidos mediante el prediseo y chequeo de las propiedades de la cimentacin. Se puede observar que en relacin a momento mximo, la viga de cimentacin produjo una solicitacin mayor (3.85 Ton-m) que la losa de cimentacin (0.26 Ton-m), mientras que el rea de acero requerida para la losa fue mayor (4.95 cm2) que el de la viga de cimentacin (3.07 cm2). Esto es consecuente con referencia al esfuerzo en el elemento, siendo que el de mayor requerimiento de rea de acero (losa de cimentacin) conlleva un mayor esfuerzo en la infraestructura (8.46 Ton/m2) y el de menor rea de acero implica un esfuerzo menor (5.92 Ton/m2).
Tabla 16: Valores del prediseo y chequeo de las propiedades de la cimentacin
ARMADO DE LOSA DE CIMENTACIN |
ARMADO DE VIGA DE CIMENTACIN |
|
Esfuerzo por m |
8,46 Ton/m2 |
5,92 Ton/m2 |
M mx. |
0,26 Ton-m |
3,85 Ton-m |
b |
10 cm |
20 cm |
h |
20 cm |
40 cm |
r |
5 cm |
5 cm |
d |
15 cm |
35 cm |
B1 |
0,85 cm |
|
ro mx. |
0,01063 |
|
ro min. |
0,0033 |
|
Cuanta de clculo |
0,0003 |
0,0044 |
Cuanta final |
0,0033 |
0,0044 |
rea de acero |
4,95 cm2 |
3,07 cm2 |
|
12 mm |
10 mm |
# |
5 |
4 |
Separacin |
22,25 cm |
2,67 cm |
El anlisis del chequeo por cortante fue realizado para ambos elementos de la infraestructura, en los cuales se obtuvo valores como los que se muestran en la tabla 17, denotando un esfuerzo cortante actuante de 1.66 kg/cm2 en comparacin del esfuerzo resistente de 7.68 kg/cm2, demostrando que el esfuerzo cortante en la zapata es fcilmente absorbido por el hormign. Por otro lado, al realizar el mismo anlisis en la viga de cimentacin, se hall un esfuerzo cortante actuante de 7.55 kg/cm2, que si se compara con el esfuerzo resistente de 7.68 kg/cm2, se puede concluir que est casi al 100% de su capacidad resistente, por lo tanto, de ser el caso, se puede aumentar la cantidad de estribos o reducir su separacin para que los estribos absorban el esfuerzo cortante que el hormign no pueda resistir.
Tabla 17: Cheque por cortante
Viga de cimentacin |
Zapata |
|
Vu resistente |
7,68 kg/cm2 |
7,68 kg/cm2 |
Vu actuante |
7,55 kg/cm2 |
1,66 kg/cm2 |
Para el anlisis de la viga de cimentacin, la cual lleva una seccin de 40x20 cm, dando un peralte de 35 cm, se determin en el clculo el acero transversal requerido que fue de 8 varillas de 10 mm en las caras superior e inferior (20 cm), y una varilla de 8 mm para acero de torsin en cada cara lateral (40 cm), y para el acero transversal (estribos), una varilla de 8 mm a cada 6 cm del acero cerca del nudo y una separacin de 18 cm para el acero central de viga.
Por otro lado, en el clculo, se demostr que, para la losa de cimentacin de 20 cm de espesor, el acero longitudinal que se requiere colocar es de 4 varillas de 10 mm, mientras que para el acero transversal se debe utilizar una varilla de 12 mm cada 20 cm.
A continuacin, se muestra la seccin tpica de la cadena y de la zapata corrida en la figura 5. Las figuras 6, 7, 8 y 9 muestran la seccin tpica de columna, vigas y muros.
Figura 5: Seccin tpica de cadena y de la zapata corrida.
Figura 6: Seccin tpica de armado de columna y viga.
Figura 8: Detalles de seccin de muro.
Figura 9: Detalles de seccin de muro.
Presupuesto
El presupuesto referencial calculado para la vivienda se muestra en la tabla 18, incluye los trabajos preliminares, cimentacin, estructura, contra piso, mampostera, instalaciones elctricas, instalaciones sanitarias y de agua potable, acabados y cubierta.
El costo total de la vivienda fue de $14,022.62, el cual se encuentra en un rango aceptable comparndolo con diferentes programas de gobierno y acuerdos ministeriales como referencia. Tal es el caso de la vivienda 2-002 2D del programa Casa para Todos del Ecuador (Farfn-Intriago, Solrzano-Vliz & Giraldo-Garca, 2023), construida por el Ministerio de Desarrollo Urbano y Vivienda. Tambin, en el numeral 1.10 del informe de la Comisin Tcnica de Preseleccin del mismo ministerio, se muestran los valores de las diferentes propuestas del programa Creamos Vivienda (Empresa Pblica Creamos Vivienda EP, 2022); de acuerdo con este informe, el costo total incluido el IVA de una vivienda unifamiliar con accesibilidad con dos dormitorios es de $18,099.66. Adicionalmente, el acuerdo del Ministerio de Desarrollo y Vivienda Nro. MIDUVI-2022-0011-A en su Seccin 1 Articulo 4, establece que una vivienda de inters social tendr un valor de hasta 44 salarios bsicos unificados (SBU) ms el Impuesto al Valor Agregado (IVA) (MIDUVI, 2021).
Tabla 18: Presupuesto de la vivienda
Conclusiones
La construccin sostenible es un concepto cada vez ms importante, ya que contribuye a la proteccin del medio ambiente. La poblacin mundial est creciendo a un ritmo acelerado, lo que conlleva un aumento de la demanda de materiales de construccin. Este estudio demostr que es posible sustituir ciertos materiales de construccin tradicionales por materiales sostenibles. Para ello, se utiliz vidrio y plstico reciclados, materiales abundantes en el entorno. Tambin se utilizaron residuos de construccin y demolicin, que son un problema medioambiental importante, y en la cubierta estructura de bamb con paneles de aglomerado reciclados.
En lo que respecta a las encuestas realizadas a profesionales, se obtuvo que ellos estn conscientes de la importancia de la construccin sostenible y estn dispuestos a utilizar materiales sostenibles en sus proyectos. Los materiales sostenibles ms recomendados fueron: la caa, la madera, los reciclados y el suelo cemento. Estos materiales tienen varias ventajas como su bajo impacto ambiental, su durabilidad y su potencial de reciclaje, considerndolos como materiales resistentes.
En el anlisis hecho de las encuestas a los usuarios en general, se obtuvo como conclusin que conocen de materiales sostenibles utilizados en obra, viendo viable la construccin con los mismos, estando dispuestos a implementarlos y recomendarlos para futuros proyectos personales. Sin embargo, debido al desconocimiento y malas experiencias, existen dudas sobre el hecho de que las viviendas construidas con materiales sostenibles tengan la misma resistencia, duracin y precios que con materiales convencionales.
Se demostr que construir una vivienda con muros de mampostera confinada, donde el bloque es hecho con material sostenible es resistente, se dise tambin en el programa Etabs la vivienda, donde se obtuvo como resultado que las derivas inelsticas de los pisos no sobrepasan el 1% especificado por la Norma Ecuatoriana de la Construccin.
Para clculo del anlisis smico de la vivienda con mampostera confinada, se realiz el diseo detallado, debido a que no se cumpli con los requisitos para realizar el mtodo simplificado. En el diseo, se verific que el rea de los muros en los sentidos X y Y fueron suficientes. Se demostr la capacidad de resistencia a la compresin y traccin de la columna ms crtica del sistema estructural para cada estado, y en ambos casos cumplieron con las condiciones.
No fue necesario ejecutar el anlisis a flexo-compresin del muro en la direccin paralela a su plano, debido a que los muros existentes en el sistema estructural estn modelados con los elementos de borde, mismos que en ciertos casos tienen secciones transversales distintas. Asimismo, el mtodo simplificado de incremento de carga de compresin que presenta la NEC - SE - VIVIENDA, no es aplicable por la asimetra de resistencia de los muros conformados por dos elementos de borde de secciones diferentes. Sin embargo, la verificacin de resistencia ltima de compresin en los elementos de borde sometidos a flexo-compresin del muro, ha sido realizada de forma independiente a cada elemento en base a las solicitaciones ltimas extradas del anlisis estructural en ETABS.
La vivienda resisti el diseo a cortante en cada uno de los muros paralelos al plano, y de igual manera se verific con el muro ms crtico el aplastamiento del alma del muro, cumplindose que la fuerza axial que acta sobre la biela diagonal del muro fue menor a la resistencia nominal a compresin de la mampostera sola. Se comprob la capacidad de resistir a cortante en los elementos de confinamiento, ya que son los que reciben la fuera de la biela de compresin en la esquina de interseccin entre vigas y columnas de confinamiento.
El costo total de la vivienda fue de $14,022.62, el cual se encuentra en un rango aceptable comparndolo con algunos planes de gobierno de casas construidas por el Ministerio de Desarrollo Urbano y Vivienda, adems de estar por debajo del precio mximo de los acuerdos ministeriales que establecen los costos de viviendas de inters social.
En conclusin, el diseo estructural de la vivienda cumple con las condiciones que la norma ecuatoriana dicta para que una vivienda con muros de mampostera confinada sea resistente, demostrando que es posible construir con materiales sostenibles que sean respetuosos con el medio ambiente.
Se recomienda que la sociedad incorpore materiales sostenibles en la construccin de edificaciones. Estos materiales son amigables con el medio ambiente y contribuyen a reducir la contaminacin y el consumo de recursos naturales. En particular, se recomienda el uso de materiales reciclados, que pueden ser utilizados para darle una segunda vida a los residuos. Si se desea construir con un bloque que no sea de residuos de construccin y demolicin, es importante que el bloque cumpla con los requisitos de resistencia establecidos en la norma ecuatoriana, en este caso, si es un bloque mayor o igual a 4.25 MPa y con las mismas dimensiones usadas en este diseo, puede ser aplicado.
La investigacin y divulgacin de nuevos materiales sostenibles para la construccin de viviendas de inters social es esencial para promover la sostenibilidad en el sector de la construccin. Los materiales sostenibles ofrecen una serie de ventajas frente a los materiales convencionales, con un menor impacto ambiental, mayor eficiencia energtica y menor coste de mantenimiento.
La reutilizacin de materiales contaminantes, como los residuos de construccin y demolicin, es una prctica sostenible que contribuye a reducir la contaminacin y el consumo de recursos naturales. Los materiales sostenibles no limitan el diseo arquitectnico o estructural de las viviendas sostenibles.
Referencias
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2023 por los autores. Este artculo es de acceso abierto y distribuido segn los trminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribucin-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)
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